Kärlsystemets uppbyggnad

Står bra om det i läroboken. Det som föreläsaren vill poängtera är skillnaden är stor mellan utseendet på vener och artärer. Kärlen kommer att förändra sitt utseende beroende på sin funktion. Artärer kommer att ha lager med glatta muskelceller medan kapillärerna är extremt tunna och i princip så består de bara av ett enda lager epitelceller. Vener är betydligt tunnare. Orsaken är att artärer behöver reglera blodtrycket och artärer behöver kunna dilatera och kontrahera mycket mer än vener.

Artär vs ven

Som kan ses av bilden så är artären jämnare i formen och har betydligt kraftigare muskulatur. Venerna är lite mer omformade och lite mer "sladdriga". De är mer som platspåsar som ska vara bra på att förvara blod.

Elastiska artärer

Elastiska artärer har en viss eftergivlighet, men de är framför allt ledningsrör.

Ledningsrör
Konduktansfunktion
Eftergivliga
Kapacitansfunktion (till viss del)

Muskulära artärer

Muskulära artärer är mest ledningsrör, men de har också en viss resistansfunktion

Ledningsrör
Konduktansfunktion
Resistansfunktion (i små artärer)

Arterioler

Arterioler, skiljer sig mycket åt från de muskulära artärerna, de har bara ett tunt lager av muskelceller (i princip bara ett skikt) och de har stor betydelse för regleringen av blodtrycket. De påverkar resistansen mycket och de kan även kallas resistanskärl. När dessa konstrierar och dilaterar så påverkar de flödet till kapillärerna.

Resistansfunktion (i större arterioler)
Reglering av flödet till kapillärer

Prekapillära sfinktrar

Reglerar antal öppna kapillärer, men de påverkar inte den totala perifera resistansen (TPR) nämnvärt, det sker innan de prekapillära sfinktrarna, på arteriol nivå. Det finns många parallella prekapillära sfinktrar (PKS) som styr hur många kapillärer som är öppna i kapillärbädden. Det intressanta med de PKS är att ingen har sett dem. I läroböcker ser det ut som gummibandslinknande strukturer som sitter och reglerar, men i ett histlogiskt prov kommer de inte att synas. Vi vet att de finns, eller egentligen så vet vi bara att funktionen finns. Hur strukturer faktiskt ser och fungerar exakt vet vi idag inte.

Kapillärer

I kapillärer sker utbyte av gaser och näringämnen mellan blod och vävnad.
Där sker också reglering av vätskevolymen i blodomloppet. Det finns en ganska stor mängd vätska i interstitiet, utan för blodbanan i extracellulärområdet. Om det finns för mycket vätska så kan en del pressas ut utanför blodbanan och finns det för lite vätska i blodbanan så kan vi ta upp. Kapillärer består bara av ett lager endotelceller. Det finns några olika typer av kapillärer, de kan vara kontinuerliga eller fenestrerade. De har att göra med hur genomsläppliga de är. De kontinuerliga är tajtare med vad de släpper igenom och de fenestrerade släpper igenom mer och finns t.ex. i njure där urin ska släppas igenom.

Venoler

Utbytesfunktion (i omedelbart postkapillära venoler) det beror på att det finns vissa porer i venolerna som kan släppa igenom proteiner. De har även en viss resistansfunktion, men den mesta funktionen är kapacitansfunkton (platspåseeffekten) och konduktansfunktion, att leda blodet tillbaka till hjärtat.
Resistansfunktion (i små venoler)
Kapacitansfunktion (i större venoler)

Större vener

Kapacitansfunktion
Ledningsrör
Konduktansfunktion

De seriekopplade kärlsektionernas funktion

Stora artärer

• Konduktanskärl
• Windkesselfunktion

Prekapillära resistenskärl
Resistensfunktion

• Blodflödesfördelning
• Kapillärtrycksreglering
• Blodtrycksreglering

Prekapillära sfinktrar

• Reglerar tillgänglig kapilläryta, antal öppna kapillärer

Kapillärer

• Utbytesfunktion (filtration, diffusion)

Postkapillära resistenskärl
Resistensfunktion (20% av totala motståndet)

• Kapillärtrycksreglering

Postkapillära kapacitanskärl
Kapacitansfunktion

• 70% av blodvolymen

Detta är en bild v en brandspruta från 1800-talet. Kopparbehållare ovanpå är en så kallad "Windkessel" = "luftbehållare" rakt översatt . När brandmännen skulle släcka bränder fick de pumpa och få flöde, pumpa och få flöde, pumpa och få flöde osv. Det var opraktiskt, bättre med ett konstant flöde. Det är där som windkesseln kommer in i bilden, med hjälp av den så kunde de åstadkomma ett kontinuerligt flöde.



Om en vill testa själv så går det bra att använda sig av en cykelpump och mellan pumpen och ventilen sätta en ballong, tejpa och sedan prova om det går fortare att pumpa cykeln. (Ett annat snabbare alternativ är att kolla på videon nedan.)

Effekten illustreras tydligt här:

Det blir stora tryckvariationer i hjärtat, så hur kan blodflödet hållas konstant?
När hjärtat kontraherar så pumpas det blod med ett visst tryck ca 120, men när hjärtat relaterar så är trycket i princip noll. I hjärtat och aortan finns det alltså en tryckskillnad på mellan 0-120. Om kroppen fungerade endast på detta sätt så skulle det det ske ett pump med blod och sedan inget och sedan en ny utpumpning och efter det inget igen osv. Lösningen är det som kan kallas "hjärtats windkesselfunktion". Aorta är eftergivligt och kan bilda en elastisk reservoar som fungerar som en windkessel.

Windkesselprincipen i hjärtat - jämnar ut flödet

Konsekvensen av aortas eftergivlighet

Övre bilden ska visa hur det hade sett ut om aorta var en stelt rör. Den nedre bilden illustrerar hur det fungerar nu, med winkesselfunktion. Det reducerar skillnaden från 0-120 till ungefär 80-120 i stället. Aorta vidgas och kontraheras sedan igen. Tack vare klaffen kan blodet inte flyta tillbaka ner till hjärtat igen.

Eftergivlighet: compliance

Denna eftergivligheten kan variera och mätas upp. Om det inte finns någon eftergivlighet alls är det som att försöka injicera något i en konservburk, den kommer inte att expandera. Finns det mycket stor eftergivlighet blir det som en oändlig ballong som bara går att blåsa upp mer och mer. En förbestämd, definierad compliance finns i aortan, den kan expandera till en viss gräns.

Kretsloppets seriekopplade sektioner

Figuren nedan ska illustrera hur tryckprofilen ändras i kärlsystemet, det gäller vänster kretslopp, det stora kretsloppet, systemkretsloppet. Pumpen ses till vänster i diagrammet där går skillnaden mellan 0-120, sedan kommer kärl med windkesselfunktion och comliance och trycket varierar mellan ca 80-120. Sedan fortsätter trycket ner genom kärlträdet och efter arteriolerna, de prekapillära resistanskärlen så minskar trycket avsevärt. I kapillärerna sker utbyte. I det högra, det lilla, lungkretsloppet på vensidan är trycket som synes betydligt lägre. Systemcirkulationen är ett högtryckssystem och lungscirkulationen är ett lågtryckssystem. Även i lungcirkulationssystemet sjunker trycket innan blodet går in i vänster kammare.


(Kuriosa är att Björn Folkow är den som gjort diagrammet ovan. Samma man som föreläsningssalen är döpt efter. Han var, professor emeritus, avdelningen för fysiologi, Sahlgrenska akademin, och cyklade tills han blev 92. Bilden är inte helt optimal i kvaliteten men får vara med ändå.)

Blodvolymens distribution

Nästan 70 % av allt blod vi har i kroppen finns på vensidan i våra kapacitanskärl. Bara runt 20 % ligger i hjärtat och i lungkretsloppet. Blodet kan snabbt mobiliseras och tas tillbaka till hjärtat.

Tryck, flödeshastighet och yta i kärlsektionerna

Trycket är ungefär 100 mmHg när blodet kommer från hjärtat och aorta. Sedan sker en sänkning och det sker innan blodet kommer till kapillärerna.
I kapillärerna är trycket ännu lägre och det fortätter att sjunka tills det kommer till vensidan. Ju längre ut i kärlträdet vi kommer desto större blir arean. I aorta är den bara runt 4 cm2 medan den i kapillärbädden är extremt mycket större 2500 - 3000 cm2. Trycket förändras enligt ytan, även flödet minskas eftersom det sprids över ett större område. Det är viktigt för att dt ska hinna bli ett utbyte av näring och syre. På vensidan blir sedan arean mindre och mindre igen allt eftersom venerna går från kärlbädd och löper samman i de två vener som till sist leder till hjärtat, övre och undre hålvenen. Men ytan är fortfarande större på vensidan än på artärsidan. Ytan av de två venerna är nästan det dubbla mot aortans. Så är det ofta med vener, deras yta är större än motsvarande artär(ers). Flödeshastigheten är låg i kapillärerna, där är ytan störst, när ytan sedan minskar igen så kommer flödeshastigheten att öka igen.



I princip all fysiologi går ut på att vi har olika kontrollsystem, fungerar inte ett det ena kontrollsystem så finns det ofta både ett och två kontrollsystem till, även om det sista kanske inte är fullt så effektivt. Blodkärlen kan kontrolleras på olika sätt.

Kontroll av de olika kärlsektionerna

Stora artärer
- viss sympatikuskontroll (1-20 mm)
- humoral kontroll (> 20 mm) ?

Prekapillära resistanskärl - dessa är de viktigaste kärlen för kontroll av blodtrycket och de har också flest faktorer som kontrollerar dem.
- sympatikuskontroll
- myogen kontroll
- metabolisk kontroll

Prekapillära sfinktrar - vet en inte så mycket om, men en tror att de regleras myogent och metaboliskt.
- myogen kontroll
- metabolisk kontroll

Kapillärer
- ingen eller så kan det eventuellt finna lokala hormoner, men det är osäkert.

Postkapillära resistanskärl
- sympatikuskontroll
- metabolisk kontroll ?

Postkapilllära kapacitanskärl
-sympatikuskontroll
- passiv konsekvens av tryckändringar (följer prekapillär resistans!)

Kontrollen av blodkärlens tonus- blodkärlens diameter regleras av kärlmuskeln

Muskeltonus = bestående kontraktion
Bilden ska illustrera en blodkärl med glatta muskelceller. Det som ses som pärlband, både på utsidan och inne bland fibrerna ska visa sympatiska nervtrådar (från ANS, det finns några kärlbädar som har parasympatisk innervering, men främst har blodkärl nerver från sympatikus). Dessa signalerar att det ska finnas en viss muskeltonus och kärlet ha en viss diameter. Sympatikus kan signalera både konstriktion, att muskelfibrerna spänns och minskar kärlets diameter och en dilatation då mukelfibrerna slappnar av och kärlets diameter ökar. Det finns olika typer att glatta muskelceller och de som finns i kärl kallas vaskulära glatta muskelceller.

Kontrollen av prekapillära resistanskärl - viktiga för blodtrycket och måste kunna regleras av flera faktorer, allt för att behålla ett optimalt flöde till alla organ och få kroppen att fungera

- Myogen kontroll
- Metabol (lokal-kemisk) kontroll
- Nervös kontroll
- Hormonell kontroll
- Endotelial kontroll

Blodkärlens myogena svar

Det är fortfarande något höjt i dunkel exakt hur det fungerar. Bilden nedan illustrerar resultat som uppmätts på kanin. Övre kurvan visar diametern på kärlet och den undre kurvan visar trycket. Om djuret till att börja med har ett tryck på 75 mmHg och det sedan sker en plötslig stegring, så kommer kärlets diameter att minska. Det kommer att påverka flödet så att det sjunker, mindre volym blod kan passera igenom om diametern minskar. Tryckökningen skulle annars ge en flödesökning. Om trycktet sedan sänks igen så kommer det omvända att ske och kärlet kommer att vidgas igen för att att behålla flödet konstant. Detta kallas autoreglering. Detta är viktigt speciellt i vissa organ. Njurar och hjärna är speciellt på bra på autoreglering.

Autoreglering: Ett organs tendens att hålla blodflödet konstant oavsett ändringar i artärtryck

Blodflödets autoreglering

Dessa bilder visar att flödet håller sig ganska konstant även om trycket förändras, och därmed konstriktion och dilation. Detta gäller främst de kärl som leder in till organ, eftersom de är så viktiga, men de är å andra sidan ganska många.

Metabolisk reglering av blodflöde

Ju mer ett organ används desto större behov finns av blod och av energi, syre och avfallshantering. Om en är ute och springer så kommer musklerna att kräva mer energi och näring och få ökad ämningsomsättning. Det partiella syrgastrycket kommer att sänkas och pH kommer att sjunka. Koldioxid kommer att öka och det kommer också att ske påverkan på en rad andra faktorer som osmolaritet, adenosin m.m. Ämnesomsättningen i ett organ leder alltså till bildning av substanser som påverkar kärlmuskelns tonus. Ökad metabolism leder till vasodilatation för att försörja området med mer blod. Om ämnesomsättningen minskar kommer det i stället att ske en konstriktion.

Ökad ämnesomsättning medför

Endotelets påverkan på kärlfunktion

Endotelcellerna ligger närmast in mot blodet i kärlet. Det finns en mekanisk påverkan på cellerna av blodet. Blodet trycker mot endotelceller och det uppstår en skjuvningskraft (skjuvning är en relativ förskjutning mellan två parallella, närliggande ytor). Detta leder till olika slaer beroende på hur den ser ut, bland annat så kan kärlet frisätta EDHF (endothelial derived gyperpolarisasing factor), prostaglandin (PGI2) och NO. Alla dessa faktorer gör att kärlet dilaterar och de påverkar också så att kärlet inte börjar tillväxa eller prolifiera och röra på sig. De är faktorer som behövs för ett hälsosamt kärl. Men det kan ju ske att ett kärl faktiskt behöver regleras och kärlet kan behöva kontrahera eller prolifiera och då behövs prostaglandin (PGH2), O2 och tromboxan och endothelin. (Kuriosa: EDHF vet en fortfarande inte vad det är riktigt och det är ett hett tips att ta reda på om en vill åka till Stockholm och hätta ett Nobelpris.)

Att dessa faktorer är i balans och fungerar är viktigt för hälsosamma kärl. De kan påverkas av kost och rökning. Rökning leder bland annat till akut endotelstress och endotelet svarar inte på signalerna.

Endotelet utsöndrar vasodilatatorer med anti-arteriosklerotisk verkan

Skjuvningskraften kallas för shear stress och ett visst mått av det ska vi ha. Det innebär att om det sker en ökad shear stress så frisätter endotelcellerna NO och glatta muskelceller kan slappna av och kärlen kan dilatera. Men vid en ökning av blodtryck i kombination med rökning så fungerar inte detta, det sker ingen frisättning av NO via endotelcellerna och det blir ingen dilatation.

PGI2